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高中物理奥赛辅导参考资料之05

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相对论 本章内容 Contents chapter 5 狭义相对论的基本原理与洛仑兹变换 principle of special relativity and Lorentz transformation 狭义相对论的时空观 viewpoint of special relativity space-time 狭义相对论中的质量、动量和能量 mass, momentum and energy of special relativity 广义相对论简介 a brief introduction of general relativity 相对论的创建是二十世纪物理学最伟大的 成就之一。1905年爱因斯坦建立了基于惯性 参考系的时间、空间、运动及其相互关系的 物理新理论 狭义相对论。1915年爱因斯 坦又将狭义相对论原理向非惯性系进行推广, 建立了广义相对论,进一步揭示了时间、空 间、物质、运动和引力之间的统一性质。 本章重点介绍狭义相对论的基本原理,对广 义相对论仅作一简略介绍。 引言 狭义相对论 伽 利 略 … 牛 顿 … 麦克斯韦 … 爱因斯坦 … (1564-1642) (1642-1722) (1831-1879) (1879-1955) 物 理 学 关 键 概 念 的 发 展 历史背景 电磁学 力学 相对论 量子力学 热力学 1600 1700 1800 1900 2000 以牛顿力学和麦克斯韦电磁场理论为代表的经典物理学,到20世纪初, 1900年,著名物理学家开尔文在元旦献词中的名言: 已经取得了空前的成就。人类对物质世界的认识,已从宏观低速物体的运 “ 在物理学的天空,一切都已明朗洁净了,只剩下两朵乌云,一朵 动规律逐渐扩展到高速传播的电磁波(包括光波)的场物质运动规律。 与麦克耳孙-莫雷实验(寻找“以太”)有关,另一朵与黑体辐射有 关。” 随着对物质运动多样性的认识范围逐步扩大和深入的同时, 但他却没有料到,这两朵小小的乌云正孕育着一场暴风雨,并促成 也引起了对物质运动统一性问题的思考。 了近代物理学的两大理论支柱 相对论和量子力学的诞生。 伽利略变换 力学规律 如:牛顿定律 谁是谁非 电磁学规律 若 处有两个电荷 对 惯性系,电荷间 的相互作用为静电力。 对 惯性系,是两个运 动电荷,还有磁力作用。 在 在 惯性系观察 惯性系观察 规律不相同 若 处有一光源,迎着 发射光波(电磁波) 在一切惯性系中, 对 力学规律相同。 称为 光速 对 光速 伽利略相对性原理 无实验根据 谁是谁非难以判断 “以太” 论的观点:假设整个宇宙都充满着一种绝对 两种哲学观念 光行差测量、双星周期测量以及麦克耳孙-莫雷精密的光干涉实验等), 但没有成功,最精密的实验所测到的也是“零结果”。 静止的特殊媒质 “以太”(ether,又称能媒)。它是 优于其它参考系的绝对参考系。物理定律在 “以太” 参 考系中具有最简单的形式,而对别的参考系,有可能要 改变形式。电磁学定律在不同惯性系有不同的形式是正 常现象。 在物理学史上企图发现 “以太” 曾作过许多努力(如:斐索实验、 爱因斯坦的观点: 相信自然界有其内在的和谐规律。 (必定存在和谐的力学和电磁学规律。) 相信自然界存在普遍性的相对性原理。 (必定存在更普遍的相对性原理,对和谐的力学和电磁学规律都适用。) 相信复杂多变的自然界,存在某种重要的不变性。 双星观测 光速与光源运动状态无关的实例 双星观测

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